10 Fantastiska robotar byggda utan modern teknik

Ordet "robot" var först myntad av Karel Capek i sci-fi-leken R.u.r. ("Rossums universella robotar") för att beskriva en artificiell människa. Det härleddes från det tjeckiska ordet Robotnik, vilket betyder "arbetare".

Moderna robotar har hållit takt med den digitala revolutionen och framsteg i artificiell intelligens. Men grundläggande analoga mekanismer som efterliknar mänskliga eller animaliska handlingar har en lång historia. Även om du har litet eller inget intresse för robotik, fascinerar dessa antika enheter med sin uppfinningsrikedom. Utformad utan nytta av el- eller precisionsutrustning, är de ett testamente för mänsklighetens gränslösa kreativitet.

10Förflyttningsstatyerna

Forntida litteratur är fylld med berättelser om konstgjorda människor. Framträdande bland dessa är hänvisningar till android tjäna tjejer i Homers Iliad och rörliga statyer skapade av Daedalus, far till den legendariska Icarus. Grekerna relaterar också att gudhephaistos gav kung Minos på Kreta en jätte metallman som heter Talos, som försvarade sitt rike. Talos var nästan oförstörbar, och dess enda sårbarhet var sin fotled, där ett rör med vätska sprang nära metallskinnet. Talos förstördes när fotleden punkterades och röret skars.

Berättelser om rörliga statyer i antika Egypten inkluderar en gjord av präster Ammon runt 1100 B.C. Det valde enligt uppgift nästa farao genom att sträcka ut armen och välja en manlig medlem av kungafamiljen. Flyttande statyer var uppenbarligen väldigt användbar som religiös propaganda. I Egypten betraktades de de kärl genom vilka själen reinkarnerades.

Dessa maskiner kan ha varit mer än myter. Skriftliga dokument avslöjar att forntida egyptier hade tillräckligt med kunskaper om elementära principer för mekanik för att bygga icke-digitala robotar, eller automata. Den vanliga metoden använde ett utarbetat system av rep och remskivor. En helig flamma skulle tändas, värma och expandera luften och därigenom aktivera systemet.

Denna process har vidareutvecklats och förfinats genom århundradena. Den grekiska Ctesibius i Alexandria byggde en automat som drivs av kammar (skivformade enheter) som gör att den kan sitta eller stå som den rördes i en procession. Ingen av Ctesibius skrifter överlever, men senare antika ingenjörer hänvisar till sina planer för automatisk drivning av hydraulik, ånga och pneumatik. Ålders tekniken tillåts endast för begränsad, repetitiv rörelse, men vi kan fortfarande spåra roboternas ursprung till Ctesibius.

9 The Claw

Strängt taget var Archimedes kranliknande vapen inte en robot eftersom det behövde en kranoperatör. Men Claw var en föregångare till den industriella robotarm som hittades i moderna fabriker. Kloven lyfte fiendens fartyg kroppsligt ut ur vattnet och vred dem.

Det var anställd mot de romerska inkräktarna i Syracuse i 213 B.C. Historikern Polybius berättade scenen när de romerska skeppen närmade sig stadens väggar mot havet. Den jätte handen swooped ner på ett målfartyg och "lyft fartygets tapp ut ur vattnet och stod upp det vertikalt på sin akter." Därefter tog operatören "fast maskinen för att göra den oförmögen, och sedan med någon form av frigöringsmekanism, avlägsna gripkroken och kedjan. Fartygen kapslades sedan, listade illa eller blev fyllda av förvirring och mycket havsvatten. "

Plutarch tillägger: "Ofta skulle man se det skrämmande skådespelet av ett fartyg som lyfts ren ut ur vattnet i luften och snurrade omkring som det hängde där tills varje man hade skakats ur skrovet och kastats i olika riktningar efter vilket det skulle vara tomt på väggarna. "

Kloven var en tillämpning av Archimedes två stora lagar - lagen av hävarmen och flytbarhetslagen - för att övervinna fartyg som väger många ton. Kunskap om krafter och jämvikt användes för att beräkna den lilla mängden kraft som krävs för att kapsera ett kök.

Vi har inga direkta bevis för att Archimedes faktiskt byggt denna supervapen, och antika rapporter kan ha överdriven sin skicklighet, även om enheten någonsin använts. Men senaste experiment från ingenjörer har visat att Claw var tekniskt möjligt vid den tiden.

8Företagets tjänsteman

Den grekiska uppfinnaren Philon of Byzantium, som dog omkring 220 B.C., var känd som "mekaniker" på grund av sin imponerande tekniska skicklighet. Merparten av vår information om honom kommer från hans enda överlevande arbete, nio boken Kompendium av mekanik. Han bodde efter Ctesibius och fortsatte sin föregångares forskning om hydraulik och pneumatik.

Boka fem av Mekanik, den Pneumatica (en avhandling på enheter som drivs med luft eller vattentryck), beskriver en kvinnlig robot som Philon hade skapat. Hon höll en kanna vin i sin högra hand. När en kopp placerades på sin vänstra hand, skulle hon hälla vinet i det, tillsätta vatten och blanda det i vinet om så önskas. Genom ett komplext nätverk av behållare, rör, luftrör och lindningsfjädrar, som interagerade genom varianter av vikt, lufttryck och vakuum, hade Philon konstruerat en automat som kunde göra ett bra arbete istället för att bara vara en prop i religiösa ceremonier.

Men den färdiga tillgängligheten av förbrukat slavarbete gjorde sådana robotar onödiga. Robotics fick vänta på en senare tid för att inse sin fulla potential. Philons arbete har påverkat nästa generations forskare, särskilt Alexanders hjälte. Hans idéer överfördes också genom århundradena och inspirerade islamisk vetenskap i medeltiden.

7Hero Of Alexandrins Programmerbara Robot

Hero (eller Heron) i Alexandria (A.D. 10-70) var förmodligen den största uppfinnaren av antiken.Hans geniala enheter omfattade myntdrivna heliga vattendispenser (prototypen av den moderna automaten), automatiska dörrar och aeolipilen, som utnyttjade ångkraft 1.700 år före James Watts ångmotor. Men en av Heroes mest underbara skapelser var den första programmerbara roboten, som han byggde sig tillbaka i A.D. 60.

Enheten var en trehjulig vagn som bar andra robotar på ett stadium där de utförde för publiken. En fallande vikt drogs på ett rep som vikts runt vagnens två oberoende axlar. Med axelns pinnar kan Hero variera hur repet sår runt axeln. Detta gjorde det möjligt för honom att programmera robotens kurs och riktning i förväg. Helt gav dock lite råd. Friktion kan stava problem, så maskinen behövde en jämn yta att springa på.

Datorforskare Noel Sharkey från University of Sheffield anser att detta repbaserade styrsystem motsvarar modern binär programmering. Gammeldags stans kort drivs på exakt samma princip. Ovanstående video visar Heroes robot i aktion, som återskapas av moderna ingenjörer från Heros beskrivningar.

6Lonardo's riddare och lejon

Att diskutera gamla robotar, den oundvikliga frågan kommer så småningom att dyka upp - skapade Leonardo da Vinci en? Med tanke på Leonardos geni är det inte förvånande att han dabbled i vetenskapen om artificiella människor och djur.

Leonardo studerade hjältes verk och kombinerade den forskarens insikter med sin egen kunskap om anatomi, metallbearbetning och skulptur för att bygga sina egna konstgjorda varelser. Med sin förståelse för mekaniken för människo- och djurrörelse (kinesiologi) byggde Leonardo mekaniska modeller av muskler och leder. De flera saknade sidorna från Leonardos anteckningsbok Codex Atlanticus (c.1497) kan ha inneburit ett avsnitt om robotik.

För en skådespelare i Milano byggde Leonardo en pansarriddare med självständig rörelse. Med hjälp av remskivor, vikter och växlar kunde riddaren sitta sig, stå upp, flytta huvudet och lyfta visiret. Genom att använda fragmentariska beskrivningar som överlevde, återupptog robotisten Mark Rosheim riddaren 2002. Leonardos robotdesign var så effektiv att de till och med fungerade som inspiration för Rosheims egna robotar för NASA.

En annan Leonardo skapelse var ett lejon som presenterades för kung Francis I of France år 1515 som kunde gå på egen hand. När det stannade, skulle bröstet öppna, avslöja buketter av liljor och blommor. Under 2009 återskapades lejonet från Leonardos överlevande ritningar, vilket kan ses i den här videon.

5Bönen munk

Gianello Torriano var en av de bästa italienska klocktillverkarna på 1500-talet. Han kom under anställning av kejsaren Charles V år 1529 och gick med honom till klostret vid San Yustre efter Karls abdikering år 1555. Torriano försökte lindra kejsarens depression genom att skapa liten automat för att underhålla honom.

Torriano hade miniatyr soldater delta i strid på matbordet. Han skurde efter sig små fåglar från trä och fick dem att flyga om rummet och till och med ut genom fönstren. En automat, Lady Lute Player, kan fortfarande ses på Kunsthistorisches Museum i Wien. Det fungerar inte längre, men det sägs kunna ta små trippsteg i en rak eller cirkelväg, strumma lutan med sin högra hand och vrid huvudet.

Smithsonian Institute, under tiden, bevarar en arbetande skapelse som tillskrivs Torriano-den 39-centimeter (15 i) bönande munken. Trä- och järnautomaten går i en fyrkant och slår bröstet med sin högra arm medan han höjer och sänker en rosenkrans med vänster, en gång i taget och kyssar den. Det kan vända och nicka sitt huvud, rulla ögonen och murma tysta böner med sina läppar.

Legenden säger att när Don Carlos, tonårssonen till Philip II, låg av att dö av en huvudskada som uppstod under hösten, bad Philip och hela Spanien för ett mirakel. Benen av en munk som heter Diego de Alcala, som hade varit död i ett sekel, placerades bredvid pojken. Den natten såg friaren till Don Carlos och försäkrade honom om att han skulle återhämta sig. Don Carlos återfick medvetandet och var vårdad tillbaka till hälsan. En tacksam Philip beställde Torriano för att skapa en bild av Fray Diego. Den penitentiala munken, ett vetenskapligt mirakel, var Philips svar på det gudomliga miraklet. San Diego, Kalifornien namngavs också efter Fray Diego de Alcala.

4Karakuri Ningyo

Den japanska kärleksaffären med robotar kan spåras tillbaka århundraden. De första japanska robotarna skapades under Edotiden (1603-1868). De kallades karakuri ningyo (grovt översatt, "mekanisk docka") och var sammansatt av trä, sträng och kuggar. Japanarna antog också västerländsk klockteknik för dessa automater.

De vanligaste var zashiki karakuri, små hushållsbotor som gav underhållning. Rekreation som illustreras ovan, till exempel skjuter pilar med en båge. På den praktiska sidan, några karakuri kunde tjäna gäster te. Påminner om Philons mekanism för tjejen, robotten karakuri aktiverades genom att placera en tekopp i sina händer. Precis som med hjälte robotvagn, gjorde en justerbar fjäder möjlighet att programmera automaten för att korsa stråmattan till någon av två lägen.

Då har vi dashi karakuri, som användes på flottor under religiösa festivalen processioner, mycket som Ctesibius flyttande staty. Dessa automater handlade ut ur gamla myter och legender. Slutligen, den butai karakuri eller teaterautomat påminner om statyerna av hjälten i Alexandria. Japanarna var så imponerade av dessa miniatyrspelares prestationer att deras mänskliga motsvarigheter försökte imitera sina rörelser, snarare än tvärtom.

3Flöjspelaren

Voltaire kallas mekaniskt geni Jacques de Vaucanson "den nya Prometheus" för sin uppenbara kraft att skänka livet till livslöst material. När han var barn studerade Jacques en kyrka som han väntade på sin mamma för att avsluta bekännelsen. Jacques memorerade alla sina delar och kunde återskapa det hemma. Han experimenterade med automaten när han växte upp. En dag blev Jacques sjuk och i hans delirium drömde han om en android flöjtspelare. Så snart han återhämtade sig började han sätta roboten ihop.

Först utställd den 11 februari 1738 var Flute Player en nästan omöjlig maskin att bygga, med tanke på att flöjten är en av de svåraste instrumenten att spela i rad av riktiga människor. Anteckningar produceras inte bara av fingerfärdighet och andetag men också genom mängden luft som blåses och hur flätaren formar läpparna. Men Jacques de Vaucanson lyckades bygga en robot som kunde spela 12 olika låtar. Han skapade mekanismer för att efterlikna varje muskel involverad i att spela flöjten.

Genom ett system av bälgar, rör och vikter kunde Jacques styra luften som strömmar genom passagerna. Han utformade läpparna för att öppna och stänga och flytta bakåt och framåt. En metalltunga reglerade luftflödet och skapade pauser. Jacques robot andades faktiskt.

Jacques problem med fingrarna var att trots att hans hävstångar producerade de korrekta åtgärderna var träfingrarna bara för styva för att skapa de rätta ljuden. För att simulera riktiga fingrar monterade Jacques träcifren med riktig hud för att göra dem mjuka.

Jacques de Vaucanson gjorde en annan automat, den mest kända är en anka som avfördes efter att ha ätit. Men i motsats till flöjtspelaren var andan mer av ett roligt trickande trick än ett verkligt försök att imitera en levande varelse.

2författaren

På Neuchatel Museum of Art och History väster om Bern, Schweiz, sitter en treårig barfota pojke framför ett mahogny skrivbord och skriver hela bokstäverna med en gåsfjäder i sin högra hand. Vad som vid första anblicken ser ut som en charmig leksak docka är faktiskt en ingenjörsmärkning: förfader till den moderna datorn. Titta närmare och du kan se ögonen efter sitt arbete. Det skakar pennpennan efter att du har dunit det i bläckstaven.

Byggd av den schweiziska födda urmakaren Pierre Jacquet-Droz i slutet av 1770-talet arbetar Writerens 6000 skräddarsydda komponenter för att skapa en helt fristående, programmerbar skrivmaskin. Pojken är animerad av en vev som vindar upp huvudspringarna. Det kan skriva en anpassad text med upp till 40 bokstäver långa med högst fyra linjer tack vare 40 cams som fungerar som ett skrivskyddat program. Denna programmeringssystemdisk gör det möjligt att skriva utan något externt ingrepp. Författaren kan till och med vara avbruten i mitten av en linje och görs för att komponera en annan.

Jacquet-Droz hade alltid bländat med sin automat. I domstolen av kung Ferdinand VI i Spanien var folk övertygade om att hans livliga skapelser var häxkonstverk. För att undkomma inkvisitionen av trolldom, inbjöd Jacquet-Droz den stora inkvisitören att undersöka sin robot och sin inre mekanism för att försäkra sig om att den rörde sig med rent naturliga medel.

Writer är en av en trio av androids Jacquet-Droz byggd 1767-1774. De andra två, mindre komplexa än The Writer, är Lady Musician och Draftsman. Det som gör dessa robotar särskilt anmärkningsvärda var användningen av miniatyrisering. Alla mekanismer som driver androiderna är inneslutna i sina kroppar, inte på en möbel som följer bordau, som vanligt. Denna miniatyrisering gjorde synkroniseringen av alla bitar svårare, vilket gör robotarna, som fortfarande fungerar efter mer än 200 år, desto mer fantastiskt.

1Den Drawn Boy

Visas på Franklin Institute i Philadelphia, fortsätter en tvåhundradig gammal automat som heter "The Draw Boy" traditionen av mekanisk magi som The Writer startade. Teckningspojken var mästerverket av ännu en schweizisk urmakare Henri Maillardet. Liksom The Writer, påverkade den Martin Scorsese film Hugo, där en automat spelar en stödjande roll.

Tecknings pojken är fantastisk i sin komplexitet. En stapel roterande mässingskammar styr exakt den otroligt vätskeformiga och verkliga rörelsen av armarna. Det handlar inte bara om enkel geometri, som att flytta armen längs x, y, eller z axel. Att rita en rak diagonal linje, till exempel, krävde armen att röra sig tillbaka medan den rör sig från sida till sida-annars skulle den rita en båge.

En gång i loppet kan roboten skapa en ritning på cirka tre minuter. Detta kräver flera kammar, och om en annan ritning behövs måste maskinen flytta hela stapeln med 3 millimeter (0,13 tum) för att växla till en annan stapel, annars bryts processen. Denna otroliga precision uppnås av delar som till stor del gjordes för hand. Kammarna är i huvudsak skrivskyddade och gör att pojken kan skriva tre dikter (två på franska och en på engelska) och göra fyra teckningar, inklusive ett kinesiskt tempel.

Ett par enklare kammar styr rörelserna i ögon och huvud. I en exklusiv prestationskonst slutar pojken skriva ett ögonblick då kamstacken skiftar, lyfter huvudet och ser ut med ögonen, som om man tänker på vad man ska rita nästa. Sedan sänker det huvudet igen när armen återupptar sitt arbete.